高分辨率ICP-OES測試硫酸鎳和硫酸鈷中 Al、As、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、 K、Li、Mg、Mn、Na、 Pb、Zn、Si.P、Ni共18 種雜質元素

發布時間： 2023-11-28 10:48 來源：德國耶拿分析儀器有限公司

領域：	電池/鋰電池
樣品：	CoSO4 ，NiSO4	項目：	測試硫酸鎳和硫酸鈷中雜質成分

　　背景

　　鋰電子電池主要是由正極材料、負極材料、隔膜和電解液構成，其中，正極材料在鋰離子電池的總成本中占據核心地位，其性能直接影響鋰離子電池的各種指標。以Ni、Co、Mn 為正極材料的三元材料是目前用量最大最普遍的鋰離子電池，廣泛應用在新能源汽車、電力儲備等工業領域以及筆記本電腦等生活領域。由于三元材料的純度直接影響電池的電化學性能，因此，準確測定其中雜質元素含量具有重要意義。

　　硫酸鎳和硫酸鈷作為三元材料的主要原料，其雜質元素含量將直接影響其定價以及三元材料的質量，行業內通常使用 ICPOES 對其進行雜質檢測。由于樣品主量元素 Ni以及富線元素 Co 的存在易使低含量元素產生光譜干擾，從而影響數據的準確性，所以對 ICPOES 的光學分辨率要求很高。同時，由于樣品中雜質含量低，對儀器的檢出能力有更高的要求。除了金屬元素外，對于非金屬元素如 Si、P、S 等也需測試，從而進行質量控制，而低含量的非金屬元素將考驗儀器在深紫外區的檢測能力。

　　2 高分辨率 ICP-OES 測試硫酸鎳和硫酸鈷中雜質成分

　　本實驗使用 PlasmaQuant PQ9100 測試硫酸鎳和硫酸鈷中的 18 種元素。從實驗結果來看，測試元素（Al、As、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Pb、Zn、Si、P、Ni）標曲濃度范圍低，范圍為 0.001-0.1ppm，結果線性擬合佳，直線擬合系數 0.9991~0.99997；在鹽分較高、加標濃度較低情況下，測試結果準確，回收率均在 80~110%；光學分辨率高，可有效降低雜散光，各元素檢出限低，故樣品允許稀釋倍數大，有效減少基體干擾，測試更為便捷準確；測定含量如此低的元素 2 次測試 RSD 也很好，除空白外，85%以上 RSD＜2%。綜上，PQ9100 可以滿足硫酸鎳和硫酸鈷中的雜質或主含量元素含量測定。

　　材料和試劑

　　樣品和試劑

　　1.1 氬氣為高純；超純水；

　　1.2 多元素標準儲備液：100mg/L，國家有色金屬 GNM-M295388-2013（測定 As、P、Zn、Cd、Pb、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Cu、Na、Li 13 種元素）

　　1.3 多元素標準儲備液：Inorganic IV-26： Si 50mg/L、B100mg/L、K 1000mg/L

　　1.4 單元素標準儲備液：1000mg/L，Li 國家有色金屬

　　樣品制備

　　4 個樣品，兩個為紅色，名稱為 CoSO₄-1、CoSO₄-2；兩個為綠色，名稱為 NiSO₄-1、NiSO₄ -2。四個樣品均取樣 1g（記錄至 0.1mg），用超純水定容至 50mL 后上機測試。并做樣品加標回收率實驗，以驗證準確性。

　　 儀器設置/方法參數

　　用 PlasmaQuant 9100 Elite 測試，詳細系統參數如表 1 所示。

　　表 1 PlasmaQuant 9100 Elite 標準進樣組件

名稱	參數
觀測方式	軸向、側向
功率	1250W
等離子體氣流量	15 L/min
輔助氣流量	0.5 L/min
霧化氣流量	0.5 L/min
霧化器、霧化室	高鹽霧化器， 1mL/min；玻璃旋流霧化室 50mL
中心管	石英、內徑 1mm
進樣泵速	0.8mL/min
背景扣除	靜態/動態扣背景峰高法
積分時間	2s
測定次數	2 次

　　結果和討論

　　1.原樣品測試結果匯總

　　表 2 硫酸鎳中雜質數據匯總

	Ni-1		Ni-2
元素和波長	Ni1710 D50 mg/L	原樣品濃度 mg/kg	Ni1710 D50 mg/L	原樣品濃度 mg/kg
As197.200	0.0046	0.23	0.0068	0.34
P178.224	0.0444	2.22	0.0451	2.25
Zn206.200	0.0001	＜0.1	0.0002	＜0.1
Cd228.802	0.0013	0.07	0.0012	0.06
Pb283.305	0.0123	0.61	0.0091	0.46
Co237.863	-0.0108	＜0.1	-0.0113	＜0.1
Mn257.610	0.0006	0.03	0.0005	0.03
Fe259.940	0.0037	0.19	0.0041	0.21
Cr267.716	0.0007	0.03	0.0008	0.04
Mg285.213	0.186	9.30	0.1735	8.68
Cu324.754	0.0037	0.19	0.0032	0.16
Al396.152	0.0017	0.09	0.0017	0.09
Ca396.847	0.0021	0.10	0.0016	0.08
Na589.592	0.1737	8.69	0.162	8.10
Li670.791	0.8574	42.87	0.8719	43.59
Si251.611	0.0388	1.94	0.0379	1.90
B208.955	0.0374	1.87	0.0414	2.07
K766.491	0.0125	0.62	0.007	0.35

　　表 3 硫酸鈷中雜質數據匯總

	Co -1		Co -2
元素和波長	Co 217 D50 mg/L	原樣品濃度 mg/kg	Co 220 D50 mg/L	原樣品濃度 mg/kg
As188.979	-0.0095	＜0.1	-0.0104	＜0.1
P178.224	0.0624	3.12	0.0668	3.34
Zn206.200	0.0052	0.26	0.0052	0.26
Cd228.802	0.02	0.8	0.02	0.83
Ni216.555	0.4908	24.54	0.3886	19.43
Pb220.353	0.0584	2.92	0.44	2.2
Mn257.610	0.0149	0.75	0.0254	1.27
Fe258.588	0.0418	2.089	0.0385	1.926
Cr267.716	0.001	0.061	0.001	0.052
Mg285.213	0.1046	5.23	0.055	2.75
Cu324.754	0.014	0.7	0.0137	0.69
Al167.022	0.0001	<0.1	0.0002	<01
Ca396.847	0.0125	0.63	0.0104	0.52
Na589.592	0.1993	9.97	0.1874	9.37
Li670.791	0.0086	0.43	0.0069	0.34
Si251.611	0.023	1.15	0.0227	1.14
B249.773	-0.0092	<0.1	-0.0148	<01
K766.491	0.0138	0.69	0.0193	0.96

　　2 標準曲線和標點回收率匯總

　　向硫酸鎳 1710 上機樣品中加標 0.1ppm，后測試樣品加標回收率；并測試標點 2 回收率。

元素和波長	Ni1710D50 mgL	1710+0.1ppm 回收率
As197.200	0.0046	93.1%
P178.224	0.0444	90.3%
Zn206.200	0.0001	91.1%
Cd228.802	0.0013	91.0%
Pb283.305	0.0123	90.5%
Co237.863	-0.0108	92.2%
Mn257.610	0.0006	91.2%
Fe259.940	0.0037	91.3%
Cr267.716	0.0007	90.2%
Mg285.213	0.186	90.1%
Cu324.754	0.0037	90.4%
Al396.152	0.0017	91.1%
Ca396.847	0.0021	90.3%
Na589.592	0.1737	91.2%
Li670.791	0.8574	——
Si251.611	0.0388	90.5%
B208.955	0.0374	90.3%
K766.491	0.0125	95.1%

　　注：“——”代表未測試。

　　向硫酸鈷 220 上機樣品中加標 0.1ppm，后測試樣品加標回收率；并測試標點 2 回收率。

元素和波長	Co 220D50mg/L	回收率
As188.979	-0.0104	91.1%
P178.224	0.0668	94.6%
Zn206.200	0.0052	91.5%
Cd228.802	0.0165	90.0%
Ni216.555	0.3886	91.6%
Pb220.353	0.44	91.8%
Mn257.610	0.0254	91.5%
Fe258.588	0.0385	91.1%
Cr267.716	0.001	90.8%
Mg285.213	0.055	90.7%
Cu324.754	0.0137	93.8%
A1167.022	0.0002	91%
Ca396.847	0.0104	91.6%
Na589.592	0.1874	93.4%
Li670.791	0.0069	——
Si251.611	0.0227	92.6%
B249.773	-0.0148	110.6%
K766.491	0.0193	100.1%